脉冲激光测距仪灵敏度与消光比研究
脉冲激光测距仪灵敏度与消光比研究
作者:谭显裕
脉冲激光测距仪的灵敏度是支一起系统内部的探测灵敏度。他主要由激光发射功率、接收功率以及发射、接收、瞄准三轴平行度决定,与外部参数无关。而测距仪的测距能力往往受气象差异的影响和地形条件的限制。同一测距仪在不同能间距离条件下的测距能力差别很大,及时是同时同地测量业务确切标准。为了消除这些影响和限制,准确计算、分析和检测仪器的灵敏度是一项重要课题。
本文采用模拟测距的消光比测试方法来直接检测脉冲激光测距仪的灵敏度,可以有效的排出远距离厕居中受气象差异的影响和地形条件的限制。
1、油管无力概念和理论计算
1.1有关物理概念
脉冲激光测距仪由激光发射器、接收器和激光电源组成。激光发射器包括开关、脉冲激光器和发射、瞄准光写系统以及取样器;接收器包括接收光学系统、光电探测器和视频放大器以及技术、显示器;激光电源包括高压、中压和低压电源。
仪器的发射、接收和瞄准三光轴平行度由整体设计、工艺和光学系统的调校保证,平行精度在0.2mrad以内,因此,脉冲激光测距仪的初探测灵敏度主要由激光发射器的发射功率和接收器的探测功率决定。
1.1.1激光发射器的发射功率
激光振荡器受电激发后产生震荡,发射脉冲光束;光束的功率较小、脉宽窄、前沿徒和发散角小。经放大后称为与入射光束同频率、同方向、同偏振的激光脉冲输出。再经开关将脉冲峰值功率提高到“数兆瓦”级,由光学系统发射出去。
1.1.2接收器的探测功率
接收光学系统接收从目标返回的激光信号后,有光点探测器倍增并转换成电信号输给视频放大器放大进入阈值电路,再由计数器计算从激光发射至接收目标回波期间进入的脉冲数,由此解算出距离,经显示器显示出来。因此光点探测器是提高仪器探测另名都的关键器件。光点探测器有光电二极管和雪崩光电二极管两大类。目前脉冲激光测距仪主要采用硅雪崩光电二极管。它把接收到的光信号转换成M倍电信号传送给视频放大器。但是Si-APD在倍增过程中产生的附加噪声又成为了限制信噪比进一步提高的障碍。
2、灵敏度与消光比的关系
综上所述,模拟测距消光比测试方法就是脉冲激光测距仪在标准值条件下,对标准大目标靶保持正常测距时,插入测距仪发射窗前面或接收窗前面的衰减片将进入接收器的激光回拨功率衰减达到“测距临界状态”的测试方法。如果在大气条件较好,能间距离长于3km条件下,采用这种方法来检测仪器的灵敏度,能有效的消除气象差异的影响和地形条件的限制。这时所测得的消光比分贝值很接近麻涌激光测距仪的探测灵敏度,从而得出它的最大测距能力。
3、衰减片的放置
根据消光比测量原理和两类一起的实测值数据比较,衰减片插入测距仪的发射窗前或接收窗前均是等效的。为了提高仪器的探测灵敏度,多数脉冲激光测距仪的接收视场角,设计大于激光发散角,响应增大了接收光学系统的孔径。而衰减片收到只做工艺的尺寸限制,不能全部覆盖接收孔径,需在接收窗前面加光束,这将导致测距仪的接收面积和接收光功率均减小,消光比测试数据也将响应减小,因此,消光比测试中衰减片插入发射窗前比插入接收窗前更合理。
4、“临界状态”测距次数
“测距临界状态”是一种非稳定状态。在确保一起一定的准侧率和虚警率条件下,测距仪连续对标准靶面模拟测距10次,每次均能准确测出标准靶面的距离值时认为达到“测距临界状态”,如再增大衰减片的值,上述10次测试中即使有1次出现误测也不符合测试要求。
5、定时脉冲增益电路的处理
目前以高增益的Si-APD为探测器件的脉冲激光测距仪,用TPG电路控制仪器的增益。最小测程时将增益控制到最小;随测程增大增益也提高。靶距处很接近仪器的最小测程,此时激光对仪器的后向散射不可避免,因此测消光比时应将TPG电路断开(或短路),并插入数十分贝衰减片,以消除激光对仪器后向散射的影响。
6、气象修正
影响脉冲激光测距仪最大测距能力的因素是光通道的气象条件,如水蒸气吸收衰减、大气散射和阳光闪烁等。消光比测试就是为了克服气象条件的影响,从上述是测与计算数据的比较可以看出,近距离测消光比时,气象修正值很小,可以忽略不计;同时,可以免于室外测距能力检测,排除了气象差异的影响和地形条件的限制。
本文章转自爱学术(aixueshu.com),如有侵权,请联系删除